
1972年5月,在法國(guó)的一個(gè)鈾濃縮工廠里,科學(xué)家們檢查了來(lái)自西非加蓬的鈾礦石,發(fā)現(xiàn)這些鈾礦石中鈾的同位素比例發(fā)生了變化,于是就發(fā)現(xiàn)了一個(gè)天然的核反應(yīng)堆,這個(gè)核反應(yīng)堆在大約17億年前開(kāi)始反應(yīng),斷斷續(xù)續(xù)地進(jìn)行了幾十萬(wàn)年,平均產(chǎn)生了大約100千瓦的能量。為了了解天然核反應(yīng)堆是如何產(chǎn)生的,首先要說(shuō)一下核反應(yīng)的歷史和科學(xué)。
核電站是如何利用核能發(fā)電
根據(jù)國(guó)際原子能委員會(huì)(原子能機(jī)構(gòu))的報(bào)告,目前在30多個(gè)國(guó)家有400多座核電站;盡管在2011年福島第一核電站發(fā)生了災(zāi)難性的安全事故,但目前仍有近70座新核電站在建中。那么,我們?yōu)槭裁匆^續(xù)建造這些有潛在危險(xiǎn)的核設(shè)施呢?盡管發(fā)生了切爾諾貝利和福島等災(zāi)難,但總的來(lái)說(shuō),核反應(yīng)發(fā)電實(shí)際上比煤炭或天然氣發(fā)電更安全、更“環(huán)?!薄?img src="https://pic.530311.com/thumb/4k11q0kot0t.jpg">
核電站發(fā)電的核能是同位素鈾235 (U-235)受到中子轟擊時(shí)產(chǎn)生的。碰撞通常會(huì)將同位素分裂成兩部分,每一部分都包含原原子中一半的中子和質(zhì)子,這個(gè)過(guò)程稱為核裂變。在反應(yīng)過(guò)程中,會(huì)有少量的質(zhì)量損失,這一小部分會(huì)通過(guò)質(zhì)能方程轉(zhuǎn)化成能量。
在一個(gè)典型的核反應(yīng)堆中,大量的U-235被集中起來(lái),然后用中子轟擊;在U-235和中子的每一次碰撞中,都會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)以上的自由中子,同時(shí)釋放出能量。只要有足夠的鈾-235,那些多余的中子就會(huì)引起額外的連鎖反應(yīng),稱為鏈?zhǔn)椒磻?yīng)!核反應(yīng)的過(guò)程呈指數(shù)增長(zhǎng),會(huì)產(chǎn)生更多的能量。核電站就是利用受控的連鎖反應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的能量,將其轉(zhuǎn)化為電能。
鈾- 235怎么來(lái)
鈾是最重的元素之一,原子量為238.03。在地殼中存在鈾的三種同位素;U-238占了所有鈾的99.3%,U-235占了剩下的0.7%,而U-234只占了極小的一部分。U-238只會(huì)發(fā)生輕度的裂變反應(yīng),不能產(chǎn)生良好的裂變物質(zhì)。然而,U-235在分裂和產(chǎn)生大量能量方面表現(xiàn)的更為突出。
當(dāng)鈾礦石從地下開(kāi)采出來(lái)時(shí),鈾礦石中這三種同位素按相對(duì)比例組成。為了達(dá)到可裂變的目的,礦石中的鈾235含量必須從百分之0.7增加到百分之5左右。這個(gè)過(guò)程被稱為鈾濃縮。在典型的鈾濃縮方案中,鈾首先被轉(zhuǎn)化為氣體六氟化鈾(UF-6),氣體會(huì)按其重量分開(kāi)(U-234和U-235比U-238輕)。在濃縮的過(guò)程中重鈾就會(huì)被分離出來(lái),而剩余的U-235濃度則用來(lái)進(jìn)行核裂變。
加蓬的核反應(yīng)堆
我們知道U-235的半衰期比U-238短得多,這說(shuō)明在很久以前,U-235的含量應(yīng)該比現(xiàn)在豐富得多,濃度也應(yīng)該比現(xiàn)在高。1956年,科學(xué)家保羅·k·黑田東彥(Paul K. Kuroda)提出,在適當(dāng)?shù)臈l件下,大約20億年前u -235含量豐富的礦石可以支持核裂變和鏈?zhǔn)椒磻?yīng),從而形成天然的核反應(yīng)堆。
關(guān)于加蓬反應(yīng)堆是如何工作的,有兩種理論,但它們都假設(shè)了一個(gè)連鎖反應(yīng)、停止、冷卻、再啟動(dòng)的循環(huán),持續(xù)數(shù)千年,直到可裂變物質(zhì)耗盡后徹底停止。
一種理論認(rèn)為,鈾被地下水覆蓋,地下水減緩了中子的速度,并提供了一個(gè)支持鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的環(huán)境。產(chǎn)生的能量最終把地下水加熱到沸騰,然后水蒸發(fā)掉。隨著地下水的消失,反應(yīng)也就停止了。最終,水又滲回到鈾礦溶洞里,這個(gè)反應(yīng)過(guò)程又重復(fù)了一遍,直到U-238濃度太低,不足以支持進(jìn)一步的反應(yīng)。
第二種理論沒(méi)有被普遍地接受,它認(rèn)為燃燒的反應(yīng)堆釋放了某些稀土元素,比如釤、釓和鏑,它們吸收了部分中子,停止了鏈?zhǔn)椒磻?yīng),一段時(shí)間后,反應(yīng)又再次進(jìn)行,中子又被吸收,反應(yīng)減緩?fù)V?,直到U-238的濃度不再支撐核反應(yīng)。
奧克洛核反應(yīng)堆的證據(jù)
那么我們?cè)趺粗牢鞣羌优願(yuàn)W克洛曾經(jīng)發(fā)生過(guò)核反應(yīng)呢?有以下幾個(gè)原因。
首先,在1972年法國(guó)的初步調(diào)查中,發(fā)現(xiàn)該地點(diǎn)的U-235濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于通常在自然界中觀察到的濃度;事實(shí)上,來(lái)自?shī)W克洛樣品的濃度與在廢核燃料中發(fā)現(xiàn)的濃度相似。
- 其次,法國(guó)人還發(fā)現(xiàn)了該遺址其他同位素的差異,包括釹和釕,兩者都與U-235裂變相一致。
- 第三,在2004年的一項(xiàng)研究中,華盛頓大學(xué)的物理學(xué)家在調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn),化石中通過(guò)核裂變產(chǎn)生了大量的鋯、鈰和鍶。
- 第四,美國(guó)學(xué)者還發(fā)現(xiàn),奧克礦床含有迄今發(fā)現(xiàn)的最大濃度的由裂變產(chǎn)生的氙和氪。
奧克洛反應(yīng)堆給我們的啟示
我們的裂變反應(yīng)堆通常會(huì)產(chǎn)生大量有毒廢物,如何處理核廢料一直是我們頭疼的問(wèn)題,但是從奧克洛反應(yīng)堆中,我們發(fā)現(xiàn)大自然母親可以安全地處理這些核廢料。據(jù)華盛頓大學(xué)的研究人員稱,該天然反應(yīng)堆將有毒廢物(Xe和kr85)安全地困在了化合物磷酸鋁中,并且達(dá)到了一種臨界狀態(tài)!這為我們往后處理核廢料提供了一種思路。

現(xiàn)代核反應(yīng)要先將鈾濃縮,那17億年前的加蓬核反應(yīng)堆是如何運(yùn)行的?
核反應(yīng)堆都需要將鈾礦濃縮嗎?其實(shí)不一定哦,需要濃縮鈾有幾種方式,比如輕水反應(yīng)堆,還有核潛艇用的高濃度濃縮鈾核反應(yīng)堆,或者原子彈或者氫彈中的裂變材料,但有一種核反應(yīng)堆并不需要高濃縮鈾,甚至直接用鈾礦石,它叫做:重水反應(yīng)堆

重水反應(yīng)堆
我們得先來(lái)了解下什么叫做裂變,要不然無(wú)論是輕水堆還是重水堆都有點(diǎn)云里霧里,我們常見(jiàn)的核燃料就是U-235,也就是92號(hào)鈾元素的235核子數(shù)的同位素,238的不容易裂變,而用钚造價(jià)非常昂貴,沒(méi)有人會(huì)用它來(lái)發(fā)電,因此你看到核燃料第一反應(yīng)是U-235肯定沒(méi)錯(cuò)。

U-235的原子核有92個(gè)質(zhì)子和143個(gè)中子,在這種高核子數(shù)的原子核內(nèi)部非常不穩(wěn)定,不僅會(huì)通過(guò)α衰變釋放出一個(gè)α粒子(氦四原子核)成為元素釷,當(dāng)然這個(gè)半衰期也有點(diǎn)久,大約7億年!還能通過(guò)中子的轟擊產(chǎn)生裂變!而且裂變的過(guò)程又會(huì)放出多個(gè)中子,繼續(xù)轟擊其他鈾原子核,產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的效果。

衰變和裂變都能產(chǎn)生能量,但衰變能量比較低,比如U-235的α粒子衰變只釋放出4.679MeV的能量,但自發(fā)分裂則能產(chǎn)生202.48MeV的能量。而用來(lái)轟擊U-235鈾原子核的中子有兩種,一種是快中子,另一種是慢中子,U-235在受到慢中子轟擊時(shí)裂變效率比較高,因此需要將裂變時(shí)放出的快中子降低速度,而這個(gè)減速劑的選擇就比較重要了,我們常說(shuō)的輕水反應(yīng)堆和重水反應(yīng)堆的含義就是減速劑不一樣!當(dāng)然兩者對(duì)核燃料的濃度也有很大的區(qū)別。

重水就是氫的同位素氘和氧結(jié)合后的一氧化二氘,一般用D2O來(lái)表示,可以讓中子減速,而且經(jīng)過(guò)其減速的熱中子吸收界面小,因此重水反應(yīng)堆可以使用濃度極低的鈾燃料,甚至直接使用鈾礦石,當(dāng)然沒(méi)有人會(huì)用如此暴力操作,畢竟更換鈾礦石也是非常麻煩的一件事。

我國(guó)采集的第一塊鈾礦石,于1954年采自廣西
而輕水反應(yīng)堆則使用普通的水作為中子減速劑,當(dāng)然這個(gè)普通的水可不是自來(lái)水,水質(zhì)要求極高,需要經(jīng)過(guò)一個(gè)處理流程,但和重水的成本相比,基本就是自來(lái)水的價(jià)格啦。但輕水的中子減速效率并不是很好(輕水慢化比70,重水慢化比2000),因此經(jīng)過(guò)輕水減速后合適的熱中子比例不高,它需要濃度更高的核燃料才能持續(xù)裂變釋放能量。

似乎聽(tīng)起來(lái)重水反應(yīng)堆完美哈,但事實(shí)上全球輕水反應(yīng)堆裝機(jī)容量超過(guò)90%以上,重水反應(yīng)堆就那么幾個(gè)!這是為什么?因?yàn)橹厮磻?yīng)堆可以生產(chǎn)钚燃料,U-235裂變會(huì)產(chǎn)生中子2-3個(gè),除了維持自持裂變外這些被重水減速后的中子可以用來(lái)轟擊U-238(無(wú)法作為核燃料)產(chǎn)生Pu-239(钚-239),平均裂變一個(gè)U-235的原子可以得到0.8個(gè)钚原子,這效率相當(dāng)可以,還可以用來(lái)生產(chǎn)聚變材料氚!

钚-239可以用來(lái)干什么?當(dāng)然是原子彈啦,還有氧化钚還是核電池的重要來(lái)源,因此全球在運(yùn)行的重水反應(yīng)堆被IAEA(國(guó)際原子能機(jī)構(gòu))盯得死死的,畢竟這钚只要幾千克就可以制造一枚原子彈,你說(shuō)能不讓人緊張嘛?
為什么加蓬鈾礦能形成自然核反應(yīng)堆?
上文我們說(shuō)了重水反應(yīng)堆可以使用極低濃度的鈾-235礦石,因?yàn)樗昧藴p速效率極高的重水,但加蓬鈾礦的并沒(méi)有重水,它只是有水流經(jīng)過(guò),理論上來(lái)看能構(gòu)成輕水反應(yīng)堆的結(jié)構(gòu)!但問(wèn)題來(lái)了,輕水反應(yīng)堆對(duì)鈾燃料的濃度要求很高,加蓬鈾礦能滿足要求嗎?

上文我們也說(shuō)了U-235的半衰期是7億年左右,因此在距今17億年時(shí)自然界鈾礦中的U-235濃度比現(xiàn)在要高得多,現(xiàn)代鈾礦石中235的濃度大約是0.72%,按7億年的半衰期,那么在17億年前鈾礦石的的235濃度超過(guò)3%,這可是個(gè)不小的濃度!我們來(lái)模擬一下這個(gè)場(chǎng)景:

礦石在衰變時(shí)有一定的比例會(huì)釋放出中子,撞擊其他U235原子核會(huì)導(dǎo)致裂變,并釋放出2-3個(gè)中子,形成基本的鏈?zhǔn)椒磻?yīng),但裂變產(chǎn)生的快中子U-235原子核無(wú)法捕獲,因此水的介入就非常有必要了,形成了最為原始的輕水反應(yīng)堆,盡管它的中子減速能力很差,因此加蓬鈾礦的原始反應(yīng)堆僅能保持比較低的功率,單個(gè)反應(yīng)區(qū)域大約在100KW左右(加蓬鈾礦有多個(gè)天然反應(yīng)堆)。

加蓬鈾礦天然反應(yīng)堆結(jié)構(gòu): 1. 核反應(yīng)區(qū)域 2. 砂石 3. 鈾礦層 4. 花崗巖
當(dāng)然水的另一個(gè)功能將熱量帶走,其實(shí)在天然核反應(yīng)堆中有沒(méi)有水帶走熱量其實(shí)無(wú)所謂,畢竟又不是拿來(lái)發(fā)電,又不是用來(lái)取暖,但水的存在是反應(yīng)堆繼續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵。據(jù)科學(xué)家估計(jì),這個(gè)反應(yīng)堆運(yùn)行了50萬(wàn)年之久。

大自然的鬼斧神工是可以“營(yíng)造”出一個(gè)核反應(yīng)堆的,但這種天然核反應(yīng)堆的輸出功率非常非常小,一看就不是什么“遠(yuǎn)古文明”的手筆
早在1956年物理學(xué)家黑田和夫就預(yù)測(cè)大自然某處可能會(huì)有“自持核裂變反應(yīng)”發(fā)生,1972年法國(guó)從非洲加蓬共和國(guó)進(jìn)口鈾礦用于發(fā)電,但開(kāi)采出的鈾礦經(jīng)過(guò)同位素分析后發(fā)現(xiàn)濃度只有0.717%甚至0.3%,已經(jīng)低于0.72%的正常濃度了,這意味著加蓬共和國(guó)的鈾礦石在過(guò)去被“用過(guò)”,從而導(dǎo)致濃度降低。
物理學(xué)家們最后對(duì)加蓬共和國(guó)奧克洛鈾礦附近展開(kāi)了抽樣調(diào)查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)此地的鈾礦濃度和其他地區(qū)的天然鈾礦濃度相比都有所下降,但非洲小國(guó)絕無(wú)可能自行建造核反應(yīng)堆,那么濃度下降是什么引起的呢?
答案在于地質(zhì)變化引發(fā)的礦區(qū)滲水
地下水和雨水滲透進(jìn)了放射性礦區(qū),從而使得鈾礦的能量釋放得到了“天然降溫”,這種降溫又使得低強(qiáng)度的溫和鏈?zhǔn)椒磻?yīng)得以長(zhǎng)時(shí)間延續(xù)下去,直到用于降溫的水被全部蒸發(fā)完畢為止,所以說(shuō)“遠(yuǎn)古文明的核反應(yīng)堆”這一說(shuō)法并不靠譜。
后來(lái)統(tǒng)計(jì)物理學(xué)家們?cè)趭W克洛礦區(qū)附近還發(fā)現(xiàn)了17處天然核反應(yīng)堆,這些反應(yīng)堆的功率有大有小,但一直處于斷斷續(xù)續(xù)“運(yùn)行”階段,有理論認(rèn)為這種斷斷續(xù)續(xù)可能是因?yàn)槿狈禍厮l(fā)的。
可以肯定的是地球誕生46億年來(lái)類似的“天然核反應(yīng)堆”在全球可能都有分布,但它們釋放的能量并沒(méi)有被加以利用,這也是核反應(yīng)堆與核電站的根本區(qū)別。

現(xiàn)代核反應(yīng)要先將鈾濃縮,這個(gè)鈾濃縮是人類用工業(yè)化進(jìn)程中生產(chǎn)的設(shè)備去操作的,17億年前究競(jìng)存不存在人類,存不存在工業(yè)化進(jìn)程都是存在疑問(wèn)的,如果你的消息來(lái)源于考古發(fā)掘,筆者認(rèn)為你的消息肯定有問(wèn)題。
核反應(yīng)堆的運(yùn)行必須有核專家或核工程師主持,也必須有涉核工業(yè)企業(yè)的鈾濃縮生產(chǎn)線加以實(shí)施,這條生產(chǎn)線需要花費(fèi)大量電力,配套的輸變電工程是免不了的,筆者對(duì)17億年前的在加篷的核反應(yīng)堆的存在問(wèn)題表示懷疑。

1942年人類建造了第一個(gè)核反應(yīng)堆,大約發(fā)生在70多年前,然而在非洲加蓬竟然發(fā)現(xiàn)了20億年前的核反應(yīng)堆,如果沒(méi)有史前文明,那就意味著這個(gè)核反應(yīng)堆是在自然條件下發(fā)生的,和現(xiàn)在人類文明建造的核反應(yīng)堆是有區(qū)別的。
目前人類的核反應(yīng)堆都是核裂變反應(yīng),主要是通過(guò)特殊條件讓重元素發(fā)生裂變,在這個(gè)過(guò)程中會(huì)有質(zhì)量損失,而損失的質(zhì)量就會(huì)按照愛(ài)因斯坦的質(zhì)能方程轉(zhuǎn)換為能量,因此說(shuō)核反應(yīng)釋放的能量是非常巨大的。而鈾是在自然界中生成的最重元素,原子序數(shù)為92。如果人類要進(jìn)行核反應(yīng)就需要這種元素,需要在自然界采集鈾礦石。
法國(guó)之前經(jīng)常在非洲加蓬共和國(guó)進(jìn)口奧克洛鈾礦石,但在一次進(jìn)口中發(fā)現(xiàn),這些鈾礦石的含鈾量竟然不到0.3%,正常情況下鈾礦石含鈾量在0.7%以上,這幾乎減少了一半。后來(lái)科學(xué)家來(lái)到非洲加蓬考察發(fā)現(xiàn),這存在著核反應(yīng)堆,鈾礦成礦年代至少在20億年之前,這個(gè)核反應(yīng)堆的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間至少超過(guò)50萬(wàn)年,輸出功率100kw左右。后來(lái)科學(xué)家在當(dāng)?shù)赜职l(fā)現(xiàn)了17座類似的核反應(yīng)堆。
現(xiàn)代進(jìn)行核反應(yīng)的目的就是為了獲得能量或者制造武器,主要的原材料就是鈾,在自然界中存在三種同位素它們分別為:U234、U235、U238,其中U238豐度最高可以達(dá)到99.28%,而U235次之大約含量是0.71%,U234是最稀少的。由于這三種同位素中U235發(fā)生核反應(yīng)的條件相對(duì)低一些,因此核反應(yīng)堆都需要提前進(jìn)行鈾濃縮,主要就是為了增加U235的豐度。
利用熱中子轟擊U235當(dāng)發(fā)生核裂變之后,平均釋放出2.5個(gè)中子,這些快中子在撞到其它U235的時(shí)候核裂變會(huì)繼續(xù)發(fā)生,這就是核的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。而自然核反應(yīng)堆自然不會(huì)具備這樣的條件,沒(méi)有人提前給它進(jìn)行鈾濃縮,但是當(dāng)它的含量到達(dá)一定程度在加上地下水的作用,就會(huì)自發(fā)的進(jìn)行核裂變反應(yīng),但是地下水的存在會(huì)減慢核裂變釋放出中子的速度,這樣核鏈?zhǔn)椒磻?yīng)效率就很低,當(dāng)?shù)叵滤徽舭l(fā)后核反應(yīng)停止。
直到地下水聚集到一定程度,核反應(yīng)的條件又滿足了,核反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行,就在這樣的一次次循環(huán)中直到鈾礦石的含量低到一定程度,最后自然核反應(yīng)堆就不再發(fā)生核反應(yīng)了。自發(fā)性的核鏈?zhǔn)椒磻?yīng),最重要的就是有一個(gè)適宜的環(huán)境,當(dāng)?shù)叵滤芙庾銐蚨嗟拟?,自發(fā)反應(yīng)就發(fā)生了。
文/杜若,圖片來(lái)源網(wǎng)絡(luò)侵刪。
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鈾在自然界中以三種同位素的形式存在,最常見(jiàn)的形式是鈾-238,它占地球上所有鈾的99%。鈾-235大約占0.72%,還有極少量大約0.006%的鈾-234。鈾的所有三種同位素都是不穩(wěn)定的,并且放射性很弱,但是只有鈾-238和鈾-235能經(jīng)歷核裂變。在這兩者之間,鈾-238更穩(wěn)定,而鈾-235更容易裂變,因此是核反應(yīng)堆中最常用的燃料。
這三種鈾同位素均勻分布在地殼中,因此今天開(kāi)采的任何鈾礦都含有0.72%的鈾-235。然而,這種濃度太低,無(wú)法誘發(fā)核裂變。鈾首先需要通過(guò)一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程進(jìn)行濃縮,包括離心機(jī)和氣體擴(kuò)散,這樣鈾的濃度至少達(dá)到3%。典型的核反應(yīng)堆需要3-5%的鈾-235,而核彈需要高達(dá)90%。 自從地球形成以來(lái),礦石中鈾-235相對(duì)于鈾-238的比例一直在變化,因?yàn)殁櫨哂蟹派湫?,隨著時(shí)間的推移會(huì)衰變?yōu)槠渌亍b?238的衰變速度(半衰期為45億年)比鈾-235(半衰期為7億年)慢得多,所以鈾-235在億萬(wàn)年前的濃度比現(xiàn)在高得多。
因?yàn)槲覀冎棱?235的半衰期,所以我們可以很容易地估計(jì)在不同的地質(zhì)時(shí)期有多少半衰期。例如,7億年前鈾-235的含量是現(xiàn)在的兩倍(1.3%),是140萬(wàn)年前的四倍(2.3%)。隨著時(shí)間的推移,鈾-238的含量也在增加,盡管速度較慢,所以百分比不會(huì)翻倍。鈾-235的濃度在20億年前接近4%,在太陽(yáng)系形成時(shí)為17%。 在20世紀(jì)50年代,科學(xué)家們假設(shè)幾百萬(wàn)年前有相當(dāng)多的鈾-235集中在地殼上,如果條件合適的話,其中一些鈾一定是可以自然裂變的。
1956年,日裔美國(guó)物理學(xué)家保羅·黑田東彥將這一想法與理論化條件在這種情況下核裂變可以自發(fā)發(fā)展和持續(xù)。黑田東彥建議,為了讓核裂變自然開(kāi)始,該地點(diǎn)必須有高鈾含量,礦石的厚度必須超過(guò)裂變誘發(fā)中子移動(dòng)的平均長(zhǎng)度,大約三分之二米。還必須有一種減速劑,可以減緩鈾裂變時(shí)產(chǎn)生的中子。最后,絕不能有大量的中子吸收元素(如銀或硼),這會(huì)抑制自持核反應(yīng)。
十六年后,也就是1972年,加蓬發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)自然反應(yīng)堆。當(dāng)時(shí),法國(guó)人一直在加蓬——前法國(guó)殖民地開(kāi)采鈾,用于核電廠。在加蓬東南部奧克羅的一個(gè)礦中進(jìn)行鈾礦石的常規(guī)測(cè)量時(shí),法國(guó)人注意到礦石中鈾-235的含量不是0.72%,而是更低。 進(jìn)一步的檢查發(fā)現(xiàn)礦石中含有微量的其他元素,其百分比與核電站產(chǎn)生的乏燃料中發(fā)現(xiàn)的非常相似。這些發(fā)現(xiàn)只表明了一件事——在遙遠(yuǎn)的過(guò)去,奧克羅的鈾礦經(jīng)歷了自發(fā)的核裂變。礦石中的鈾-235已經(jīng)耗盡,因?yàn)槠渲幸恍┾櫼呀?jīng)在裂變中耗盡。
在這一驚人的發(fā)現(xiàn)之后,物理學(xué)家開(kāi)始在鄂木克州的鈾礦中尋找更多的證據(jù),并最終在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了至少16個(gè)發(fā)生自發(fā)核裂變的地點(diǎn)。 在接下來(lái)的幾年里,研究人員能夠弄清楚這些史前反應(yīng)堆可能是如何運(yùn)作的細(xì)節(jié)。大約24億年前,由于藍(lán)細(xì)菌的生物活性,地球大氣中的氧含量增加了一百倍。這使得鈾從不溶的形式轉(zhuǎn)化為可溶的氧化物。雨水和自然來(lái)源的水溶解鈾,并將其沉積在砂巖層中,直到它們變得高度濃縮,開(kāi)始連鎖反應(yīng)。礦井中的水在維持反應(yīng)中起到了關(guān)鍵作用。水減緩了射出的中子,這樣它們就可以被其他原子核吸收并引發(fā)裂變。如果沒(méi)有水,中子會(huì)簡(jiǎn)單地從原子上反彈回來(lái)。當(dāng)核裂變產(chǎn)生的熱量變得太大時(shí),它將所有的水燒開(kāi),反應(yīng)停止。一旦水回流,這個(gè)過(guò)程又開(kāi)始了。這些活躍和不活躍的時(shí)期可能很短?!胺磻?yīng)堆”可能“開(kāi)啟”30分鐘,“關(guān)閉”約3小時(shí)。 加蓬反應(yīng)堆以這種方式間歇運(yùn)行了大約一百萬(wàn)年或更久,直到鈾濃度變得太低而無(wú)法維持反應(yīng)。
根據(jù)反應(yīng)堆消耗的鈾-235的數(shù)量,科學(xué)家估計(jì)反應(yīng)堆的平均功率輸出可能不到100千瓦。 由于非洲經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的相對(duì)穩(wěn)定性,這些古老的自然反應(yīng)堆幾乎沒(méi)有從原來(lái)的位置移開(kāi)。在一個(gè)案例中,钚——反應(yīng)的副產(chǎn)品之一,在離它20億年前形成的地方不到3米的地方被發(fā)現(xiàn)。也許幾十億年前,地球上的其他幾個(gè)地方也有天然核反應(yīng)堆在運(yùn)行,但后來(lái)被地殼侵蝕或吞噬了。加蓬的天然核反應(yīng)堆目前仍然是相當(dāng)獨(dú)特的。

呵呵,你說(shuō)哪17億年前的事情,我想尊重的告訴你,哪怕就是我們中國(guó)的現(xiàn)在最高學(xué)府的人,我認(rèn)為都不能準(zhǔn)確地告訴你哪個(gè)時(shí)候,到底是什么事情。就像我呢,確實(shí)就是一個(gè)很平凡的人,我是一個(gè)開(kāi)車的人,我這樣說(shuō)吧,在我們這里的礦山上在山的石頭縫里也就是山??肚里有琉璃瓦燒的白坭里面真有樹(shù)葉的痕跡!當(dāng)我們這里挖的時(shí)候我一直就很好奇,這山的里面怎么可能會(huì)有這樹(shù)葉的形狀,坦白說(shuō)我百思不能奇解。我跟你說(shuō)的是真的。

上世紀(jì)七十年代,法國(guó)從非洲中部加蓬共和國(guó)的奧克洛地區(qū)開(kāi)采鈾礦石,來(lái)開(kāi)展核工業(yè),巧合之下發(fā)現(xiàn)了一座“天然核反應(yīng)堆”,于是命名為奧克洛核反應(yīng)堆,根據(jù)U235的濃度來(lái)推測(cè)該反應(yīng)堆從17億年前就開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)了,因此才造成了U235的濃度比正常濃度低一些的情況。發(fā)現(xiàn)這個(gè)天然核反應(yīng)堆之后,一時(shí)間成為了陰謀論者的絕佳題材,這正是他們最需要的素材,于是,一系列“史前文明”題材的大盛宴開(kāi)始了。比如你聽(tīng)說(shuō)的“史前計(jì)算機(jī)”、“史前電池”等等。
現(xiàn)代核反應(yīng)堆是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu),所需要的鈾也并不是直接開(kāi)采過(guò)來(lái)的鈾礦石,而是經(jīng)過(guò)精選、碾碎、酸浸、濃縮等程序制成的有一定幾何形狀、一定鈾含量的鈾原料,這樣的鈾原料才可以參加反應(yīng)堆的工作,并且,在核反應(yīng)堆中還有冷卻劑、控制棒、慢化劑等不同組成,協(xié)調(diào)核反應(yīng)的進(jìn)行。
這正是題目所想要問(wèn)的,題目認(rèn)為核反應(yīng)堆需要的條件很高,那么17億年前的核反應(yīng)堆是怎么回事?是不是說(shuō)明了有史前文明?
其實(shí),奧克洛核反應(yīng)堆并不是像我們建造的核反應(yīng)堆那樣復(fù)雜,這個(gè)天然核反應(yīng)堆進(jìn)行裂變反應(yīng)所需要的條件很簡(jiǎn)單,只需鈾礦石與水,以及獨(dú)特的地形構(gòu)造就可以了。在這個(gè)反應(yīng)堆中,水充當(dāng)中子的慢化劑,當(dāng)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)使周圍的溫度升高時(shí),水分被蒸發(fā),從而降低鏈?zhǔn)椒磻?yīng)速率,直至熄火。當(dāng)熄火之后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,水又開(kāi)始在這里聚集,于是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)再次開(kāi)啟,就是這樣的條件,使得該反應(yīng)堆的核裂變反應(yīng)斷斷續(xù)續(xù)地維持了很長(zhǎng)時(shí)間,不過(guò),它的平均功率只有不到100千瓦。而現(xiàn)代的核反應(yīng)堆的功率可以達(dá)到1750兆瓦。
因此,所謂的奧克洛核反應(yīng)堆并沒(méi)有傳聞中描述的那樣奇特,它只是一個(gè)普通的天然核反應(yīng)堆,只是因?yàn)槟抢锏臈l件比較特殊,使得鏈?zhǔn)椒磻?yīng)可以斷斷續(xù)續(xù)地維持下去,那些陰謀論也就不攻自破了。事實(shí)上,網(wǎng)絡(luò)上流傳的那些關(guān)于史前文明存在的例子都是謠言,有的是歪曲事實(shí),有的是刻意編造,而奧克洛核反應(yīng)堆就是歪曲事實(shí)的情況。在不少陰謀論中,竟還描述這個(gè)反應(yīng)堆的功率比人類造的核反應(yīng)堆還要大,這相當(dāng)荒謬。
文/科學(xué)船塢

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